硫化异型填芯对橡套电缆外观的改进

凌国桢， 曾庆涛， 于雪芳

(江苏上上电缆集团有限公司，江苏溧阳213300)

0 引言

橡套电缆是应用较为广泛的电缆品种，特别是在矿用、船用、石油平台等特定环境，其耐弯曲、耐磨、耐油等特性表现突出。橡套电缆不仅绝缘护套材料的配方复杂，而且其制造工艺难度也高，尤其是在护套挤包时，经常会出现护套麻花、表面凹陷、电缆不圆整等问题。

这些问题虽然可以通过调整配模、控制挤包膨胀系数、增加护层厚度等方法解决，但大多依赖于操作人员的经验，并且在调整的过程中容易增加成本。因此，我们对该电缆的填芯结构进行重新设计，研发出一种异型填芯应用于缆芯，使其结构更加圆整、紧凑、稳定，方便护套挤包工序操作，减少电缆外观问题的产生。

1 以往填芯的设计及缺点

缆芯间隙通常采用圆形填芯填充，填芯的尺寸先通过作图和计算得出，再根据工艺人员的经验放一定的偏差。

圆形填芯的使用，有硫化和非硫化之分，选择的原则是:

(1)如果绝缘橡胶容易充分硫化(如不饱和型橡胶)，线芯连硫后就一次成型，具有高弹性，则填芯可以采用硫化填芯，即使经过护套挤包工序连硫，也不会对线芯造成压痕。硫化过的填芯形状已经固定，所以它的尺寸设计应与线芯和缆芯外切圆相切(见图1)。尺寸过大容易造成缆芯在填芯走向上凸起，反之凹陷，护套挤包时难度就加大了。

图1 缆芯采用硫化圆型填芯

(2)如果绝缘橡胶难以硫化充分，线芯比较软、弹性低，则填芯应采用非硫化填芯。非硫化填芯在护套挤包工序连硫时，会按照缆芯空隙的形状变形，可以避免对线芯造成压痕，也能防止线芯之间压扁。非硫化填芯的尺寸设计上要稍大于硫化填芯(见图2)，以便变形过程中能向四周的空隙区域进行填充，尺寸的余量大小，取决于工艺人员的经验。

圆形填芯应用的比较多，但若制造过程中填芯尺寸波动或人员经验失误，则会造成与原有的设计参数不匹配，最终影响到护套外观。

图2 缆芯采用非硫化圆形填芯

2 一种硫化异型填芯的设计和验证

2.1 异型填芯结构

从电缆的截面图中得到启发，如果将图3中的填充部位(黑色)进行分割，四芯电缆的填充部位可以看成五个图形，中心区域近似菱形，边缘四个区域近似扇形。

图3 设计填充区域(黑色)

若把四芯电缆的1～5填充区域设计成固定尺寸的异型填芯，使其与线芯良好配合，如此制造出来的缆芯则更加圆整、紧凑、稳定，护套工序中出现电缆外观问题的几率将大大降低。

2.2 材料的选择

填芯可以采用普通的橡胶填充材料，但也要根据产品设计需要，如产品是低烟无卤阻燃类型，填充材料则应考虑低烟无卤方面的性能。在填芯的中心可以采用一个加强芯，如棉线、麻、尼龙或者钢丝。

2.3 模具的设计

模芯的设计比较简单，只要能通过加强芯即可，所以采用普通的圆形模芯。而模套的设计则较复杂，要根据所需的填芯形状进行设计。首先对填芯区域作图，再确定制造控制参数，如宽度和高度(见图4、图5)，实现连续制造。不同形状的异型填芯控制的参数不同，这需要工艺摸索。

2.4 填芯挤出工艺

如果采用非硫化异型填芯作为填充物，则比较理想。它无需硫化、制造成本低，而且在护套连硫过程中会变形，更贴合线芯形状，能包覆和保护线芯。

图4 四芯电缆边侧填充扇形填芯结构示意图

图5 四芯电缆中心填充菱形填芯结构示意图

但非硫化异型填芯在挤包时易出现以下问题:

(1)由于异型填芯形状特殊，异型模套孔加工工艺难度高(线切割加工易造成模套内的工作面粗糙)，胶料出模口时，扇形的边缘区域容易破裂、卷边，虽经过冷却，但上盘后压在内层的填芯仍容易变形;

(2)异型填芯与线芯的接触面大，如果绝缘硫化程度低，则容易在护套挤包后发生线芯与非硫化填芯粘连。

通过反复的摸索和分析，发现硫化过的异型填芯方案更合适。

异型填芯采用连硫工艺制造，模口温度高，胶料在制造过程中硫化充分、柔软、流动性好。因此硫化异型填芯既能彻底避免异型填芯边缘区域的破裂、卷边问题，又能解决非硫化异型填芯上盘后易变形的问题。但采用连硫方式制造填芯，硫化管长，填芯承受的张力大，中心用加强芯必须采用强度高、延伸性较小的材料，所以推荐使用尼龙或者钢丝。

制造的填芯应及时与线芯进行匹配，即与线芯拼接，使两者的尺寸合适。如果填芯尺寸不符合，应及时调整挤包工艺参数。现场如果没有线芯，可以采用与绝缘线芯外径相当的圆杆作为线芯的参照。

2.5 成缆工艺

采用硫化的异型填芯成缆时，由于形状特殊，所以要求填芯在缆芯中的位置必须固定，可以采用盘绞设备生产，满足异型填芯的正常成缆。

硫化异型填芯在成缆过程中需要实时地退扭。成缆时应在分线板(见图6)的穿线孔上安装孔形与异型填芯相同、尺寸与异型填芯相当的异型穿线模用作固定，防止异型填芯在制造过程中翻转。虽然成缆的工艺难度有所增加，但是可控和可操作程度远高于护套连硫，盘绞过程中可以随时停车检查。缆芯通过并线模后，绕包适当的带材，将缆芯扎紧，从缆芯的外观质量和圆整度来看，大大优于圆形填芯填充的缆芯。这一步的改进对成品电缆外观质量的提高，起到了很好的作用。

图6 分线板实物图

2.6 护套挤包外观

缆芯圆整，护套挤包后外观质量有了明显的改进，但是也存在问题。例如由于线芯与填芯结合过于密实、紧凑，缆芯就像一个整体，挤包外护套时，集聚在缆芯中的气体无法沿着原来松散缆芯的缝隙通道及时排出。生产一定的长度之后，护套上会产生局部气泡。通过反复验证，在机头前采用抽真空的方式，排出缆芯中集聚的气体，解决了气泡问题。

3 结束语

橡套电缆的护套外观质量问题，与填芯的设计有很大关系，以上是对四芯电缆用异型填芯的设计和工艺探索过程。通过制造跟踪，发现其他多芯电缆制造时，均可采用类似的结构来提高外观质量。但也有一些例外，如多芯小规格电缆的边缘分割过小，成缆过于复杂，边缘不建议采用类似结构设计。但可以考虑在其中心采用硫化异型填芯，边缘采用圆形填芯，也可以大大提高产品的圆整度。